專利名稱：海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于海洋石油鉆井和采油設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，是一種海洋石油鉆修井平臺(或船)立管系統(tǒng)配套使用的重要設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著油氣供求矛盾的突出，為提高對油氣資源的占有量，海洋石油的開發(fā)已經(jīng)成為我國實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略重點。海洋油氣資源開發(fā)水平的高低是由海洋油氣開發(fā)裝備的先進性所決定。盡管我國在一些比較先進的油氣工程裝備方面已實現(xiàn)國產(chǎn)化，但絕大部分關(guān)鍵技術(shù)仍然掌握在發(fā)達國家手中，國內(nèi)廠商基本停留在鉆采平臺的建造上，相關(guān)配套技術(shù)滯后，設(shè)備絕大多數(shù)由國外企業(yè)制造配套，嚴重制約了海洋油氣的規(guī)模開發(fā)，加速提高海洋石油開發(fā)裝備的國產(chǎn)化已迫在眉睫。
伸縮接頭是保障海洋石油鉆采立管系統(tǒng)正常工作的重要設(shè)備。海洋石油平臺在波浪作用下，除前后左右發(fā)生搖擺外，還將產(chǎn)生上下升沉運動。這種隨波浪周期性的上下升沉運動將影響立管系統(tǒng)穩(wěn)定性及井口裝置安全性，甚至帶來災(zāi)難性后果。因而設(shè)計一種在平臺上下浮動時，滿足長度調(diào)節(jié)，并能夠承受立管載荷的伸縮接頭，就成為必然要求。
近年來，國外大公司在海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭的設(shè)計、制造技術(shù)方面發(fā)展迅速。雖然目前我國在淺海使用了一些立管及伸縮接頭，但基本上全部為進口產(chǎn)品，而且這些立管和伸縮接頭最大適應(yīng)水深條件只有幾十米，且通徑小、行程小，密封能力低，操作麻煩，也不具備大的承載能力，不能適應(yīng)不同水深的拉力負荷及抵抗海洋風、浪、流等環(huán)境的使用條件。發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是設(shè)計一種海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，既能滿足海洋石油鉆采立管系統(tǒng)的伸縮調(diào)節(jié)要求，又能承受較大的立管載荷，具有可調(diào)節(jié)范圍寬、密封性能好、操作簡單等特點。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的總體構(gòu)思是采用內(nèi)筒和外筒嵌套的模式，有效增加了可調(diào)節(jié)長度，減少了運輸儲存長度；采用鎖緊機
構(gòu)有效提高了其承載能力；在內(nèi)外筒之間采用氣動、液動密封機構(gòu)，提高了立管內(nèi)部泥漿的安全性。
具體地說， 一種海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，具有連接井上設(shè)備和井口鉆采立管的內(nèi)筒，在內(nèi)筒一端通過上連接件和井上設(shè)備分流器下部連接法蘭或者上部撓性接頭下端連通；內(nèi)筒另外一端通過下連接件將套在內(nèi)筒上的伸縮接頭外筒與鉆采立管相連；在內(nèi)筒外部上連接件和伸縮接頭外筒之間固定連接有相對內(nèi)筒滑行的內(nèi)外筒伸縮機構(gòu)、對內(nèi)、外筒之間實現(xiàn)密封的密封機構(gòu)以及實現(xiàn)內(nèi)、外筒之間鎖緊或解鎖的液壓鎖緊機構(gòu)。
伸縮機構(gòu)采用了可以相對滑行的內(nèi)、外筒平衡系統(tǒng)，主要由作為上連接件的上法蘭，內(nèi)筒，雙法蘭接箍II，伸縮接頭外筒組成，上法蘭和分流器下部連接法蘭或者上部撓性接頭下端連接同時將內(nèi)筒用螺栓I連接固定；雙法蘭接箍II通過張緊環(huán)支撐法蘭與伸縮接頭外筒相連，而伸縮接頭外筒與鉆采立管相連；鎖緊機構(gòu)主要由鎖緊套筒、鎖銷驅(qū)動機構(gòu)、鎖銷及上部連接筒體組成，鎖緊套筒和上法蘭用螺栓I連接固定，上部連接筒體則通過上密封外筒、雙法蘭接箍I和伸縮管外筒連接固定；密封機構(gòu)采用兩組密封系統(tǒng)，上密封系統(tǒng)是主密封;下密封系統(tǒng)為備用密封，且主要由上密封外筒，上部密封膠筒，雙法蘭接箍I，下密封外筒，下部密封膠筒，雙法蘭接箍II組成，上部密封膠筒和下部密封膠筒套在內(nèi)筒上并且分別用上密封外筒和下密封 外筒定位。
本實用新型還包括為張緊環(huán)和輔助管線提供終端連接的支撐機 構(gòu)、輔助機構(gòu)以及輔助管線；支撐機構(gòu)為張緊環(huán)支撐法蘭，輔助機構(gòu) 主要由吊裝耳板，輔助管線安裝支架組成，雙法蘭接箍II配有吊裝耳 板，并通過雙頭螺柱與張緊環(huán)支撐法蘭連接；伸縮接頭外筒通過螺栓 II與張緊環(huán)支撐法蘭連接；伸縮接頭外筒配有輔助管線支架、輔助管 線，配有各種管線。
密封機構(gòu)采用兩組氣動或/和液動密封機構(gòu)，通過氣體或液壓促 動管線與氣體或液體動力機構(gòu)連通；同時具有潤滑降溫系統(tǒng)，將潤滑 管線中的潤滑液通過上部連接筒體的進液孔，傳遞到上部密封膠筒與 內(nèi)筒之間。
張緊環(huán)支撐法蘭外部圓周上的環(huán)形臺階為張緊環(huán)提供承載支撐 面；同時該法蘭上設(shè)計了系列液控、氣控的進壓孔和出壓孔，為鎖緊 機構(gòu)、密封機構(gòu)以及密封機構(gòu)的潤滑降溫系統(tǒng)管線提供連接功能。
輔助管線兩端接頭采用可浮動的密封插裝連接形式；同時各輔助 管線在其公母接頭插接處還設(shè)計有滿足其伸縮量要求的間隙。
內(nèi)筒上設(shè)計有系列壓力平衡孔。
鎖銷驅(qū)動機構(gòu)采用和上法蘭連在一起，和內(nèi)筒一起上下移動的方 式;或采用和上部連接筒體外筒連在一起，保持不動的方式；其鎖緊 和解鎖方式采用液壓驅(qū)動的方式或采用手動鎖緊或其他鎖緊方式；鎖 銷驅(qū)動機構(gòu)可以是6個、4個或多個。
本實用新型，具有以下優(yōu)點
1、 設(shè)計承載能力強、抗拉、抗彎性能好，可以滿足不同水深中 立管和防噴器組的載荷要求。
2、 設(shè)計行程長，能很好地適應(yīng)各種海域、海況及水深等條件下船只預(yù)期的升沉、偏移、潮汐變化和系泊失敗時船只最大預(yù)期漂移。
3、 密封性能好，更換方便，可以滿足長時間的海上作業(yè)要求。
4、 連接方便可靠，生產(chǎn)制造工藝性好，具有良好的實用性和較 好的經(jīng)濟性。


附圖為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖號說明1—上法蘭，2—螺栓I ， 3—鎖緊套筒，4—內(nèi)筒，5— 鎖銷驅(qū)動機構(gòu)，6—鎖銷，7—上部連接筒體，8—雙頭螺柱，9—上密 封外筒，IO—上部密封膠筒，11—雙法蘭接箍I， 12—下密封外筒， 13—下部密封膠筒，14—雙法蘭接箍II， 15—吊裝耳板，16—張緊環(huán) 支撐法蘭，17 —螺栓n， 18—伸縮管外筒，19一輔助管線支架，20— 輔助管線，21—上部密封氣體促動管線，22—下部密封液壓促動管線， 23—鎖緊機構(gòu)液壓鎖緊管線，24—鎖緊機構(gòu)液壓解鎖管線，25—潤滑 管
具體實施方式
如圖所示，本實用新型所述的石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，由可 以相對滑行的內(nèi)、外筒伸縮機構(gòu)，可以限制內(nèi)、外筒相對滑動的液壓 鎖緊機構(gòu)，內(nèi)、外筒的密封機構(gòu)，為張緊環(huán)和輔助管線提供終端連接 的過渡支撐機構(gòu)，輔助機構(gòu)以及輔助管線等構(gòu)成。伸縮機構(gòu)采用了可 以相對滑行的內(nèi)、外筒平衡系統(tǒng)，主要由上法蘭l，內(nèi)筒4，雙法蘭接 箍II14，伸縮接頭外筒18等零件組成。
其工作原理是上法蘭1和分流器下部連接法蘭或者上部撓性接 頭下端連接，保證和船體的相對位置不變，同時將內(nèi)筒4用螺栓I2 連接固定；雙法蘭接箍II 14通過張緊環(huán)支撐法蘭16與伸縮接頭外筒 18相連，而伸縮接頭外筒18與鉆采立管相連，保證和海底井口的相 對位置不變。在工作過程中，船體隨著波浪帶動上法蘭1和內(nèi)筒4上下波動，而伸縮接頭外筒18此時則保持不動，這樣就實現(xiàn)了內(nèi)、外
筒的相對滑動，其滑動距離是內(nèi)筒4上的臺階到雙法蘭接箍II14上臺階的距離。另外，由于在內(nèi)筒4上設(shè)計了系列壓力平衡孔，故在內(nèi)、外筒的相對滑動過程中，可以實現(xiàn)不帶壓工作，同時也減小了運動阻力。
鎖緊機構(gòu)主要由鎖緊套筒3、鎖銷驅(qū)動機構(gòu)5、鎖銷6及上部連接筒體7等零件組成，鎖緊套筒3和上法蘭1用螺栓I 2連接固定，上部連接筒體7則通過上密封外筒9、雙法蘭接箍I 11等部件和伸縮接頭外筒18連接固定。在工作過程中，鎖銷驅(qū)動機構(gòu)5促動鎖銷6，使鎖銷6從鎖緊套筒3的鎖槽中彈出，實現(xiàn)內(nèi)外筒的解鎖；在運輸或下立管的過程中，鎖銷驅(qū)動機構(gòu)5則促動鎖銷6，使鎖銷6彈出卡進鎖緊套筒3的鎖槽中，實現(xiàn)內(nèi)外筒的鎖緊，整個鎖緊系統(tǒng)共設(shè)計了6個鎖緊機構(gòu)，可以承受下放立管和防噴器過程中的所有載荷。
在鎖銷6打開的情況下，由螺栓I 2與上法蘭1固聯(lián)在一起的鎖緊套筒3和內(nèi)筒4可以實現(xiàn)與其余部件之間實現(xiàn)相對滑動，其滑動距離由內(nèi)筒4上的環(huán)形臺階和雙法蘭接箍II14上的環(huán)形臺階之間的距
離決定。
鎖銷驅(qū)動機構(gòu)5促動鎖銷6從鎖緊套筒3的鎖槽中彈出，實現(xiàn)內(nèi)外筒的解鎖；反之鎖銷驅(qū)動機構(gòu)5促動鎖銷6卡進鎖緊套筒3的鎖槽中，實現(xiàn)內(nèi)外筒的鎖緊；整個鎖緊系統(tǒng)共6個鎖緊驅(qū)動機構(gòu)。
采用兩組氣動、液動密封機構(gòu)，并設(shè)計了潤滑降溫系統(tǒng)，將潤滑管線25中的潤滑液通過上部連接筒體7的進液孔，傳遞到上部密封膠筒10與內(nèi)筒4之間，實現(xiàn)潤滑、降溫的功能。
本實用新型還設(shè)計了一種張緊環(huán)支撐法蘭16，實現(xiàn)了輔助管線上終端的連接功能；該法蘭外部圓周上的環(huán)形臺階為張緊環(huán)提供承載支撐面；該法蘭上設(shè)計了系列液控、氣控的進壓孔和出壓孔，為鎖緊機構(gòu)、密封機構(gòu)以及密封機構(gòu)的潤滑降溫系統(tǒng)管線提供連接功能。
本實用新型配置有多個輔助管線安裝支架16，防止各輔助管線 在海洋上風、波、浪等沖擊影響下脫離，同時加強了伸縮接頭外筒 18抗擊外來載荷沖擊的能力。輔助管線20兩端接頭采用可浮動的密 封插裝連接形式，同時，各輔助管線在其公母接頭插接處還設(shè)計有一 定的間隙，滿足其伸縮量要求，有效保證單個輔助管線與主管線之間 可能產(chǎn)生的不同步變形要求，實現(xiàn)有效密封功能。
內(nèi)筒4上設(shè)計了系列壓力平衡孔，以實現(xiàn)在內(nèi)、外筒相對滑動過
程中不帶壓工作，該壓力平衡孔可以采用圓孔，也可以采用槽狀扁孔， 既可以圓周分布，也可以采用其他方式分布。
實現(xiàn)鎖緊功能時，鎖銷驅(qū)動機構(gòu)可以采用和上法蘭1連在一起， 和內(nèi)筒一起上下移動的方式，亦可以采用和上部連接筒體外筒連在一
起，保持不動的方式；其鎖緊和解鎖方式可以采用液壓驅(qū)動的方式， 也可以采用手動鎖緊或其他鎖緊方式；鎖銷驅(qū)動機構(gòu)可以是6個、也 可以是4個或多個。
本實用新型在實現(xiàn)密封功能時，密封機構(gòu)也可以采用單密封系 統(tǒng)，密封形式除了采用氣動密封、液動密封外，也可以采用其它密封 形式。
上法蘭1和內(nèi)筒4的連接方式可以是螺紋連接，或其他連接方式。 伸縮接頭滑動由內(nèi)筒4上的環(huán)形臺階和雙法蘭接箍II14上的環(huán)形臺 階止動，也可以采用其他方式止動。上法蘭1和伸縮接頭外筒18分 別與其它部件連接時可以采用法蘭的連接形式，也可以是其它結(jié)構(gòu)的 連接方式。其長度、行程、通徑尺寸可以是一種組合，或多種組合。
在工作時，該伸縮接頭同時可以被用作立管張緊環(huán)的連接點，并 由外筒將立管張緊環(huán)的載荷傳遞給立管，同時為鉆井立管輔助管線至 鉆井船柔性軟管提供終端連接。密封機構(gòu)采用兩組密封系統(tǒng)，上密封系統(tǒng)是主密封；下密封系統(tǒng)為備用密封，在緊急狀態(tài)下或更換主密封膠筒的情況下使用。主要由
上密封外筒9，上部密封膠筒IO，雙法蘭接箍Ill，下密封外筒12，下部密封膠筒13，雙法蘭接箍II14等零件組成。其工作原理如附圖所示，管線21的氣、液壓力通過上密封外筒9的傳壓孔傳遞到上部密封膠筒IO，促動上部密封膠筒10緊壓內(nèi)筒4，實現(xiàn)內(nèi)、外筒的密封；下密封系統(tǒng)的原理和上密封系統(tǒng)相同。另外，在密封機構(gòu)工作過程中，由于內(nèi)筒的上下移動，會和膠筒摩擦產(chǎn)生了大量的熱，降低膠筒壽命，故為其設(shè)計了一套潤滑降溫系統(tǒng)，潤滑管線25中的潤滑液通過上部連接筒體7進液孔，傳遞到上部密封膠筒10和內(nèi)筒4之間，實現(xiàn)潤滑、降溫的功能。
張緊環(huán)支撐法蘭16是張緊環(huán)和輔助管線提供終端連接的過渡支撐機構(gòu)。通過在該法蘭上設(shè)計的系列密封孔，實現(xiàn)和輔助管線20的接通，為輔助管線提供終端連接的功能；通過該支撐法蘭外部圓周上的環(huán)形臺階為張緊環(huán)提供支撐面，實現(xiàn)連接功能；該法蘭上還設(shè)計了系列液控、氣控的進壓孔和出壓孔，為鎖緊機構(gòu)和密封機構(gòu)以及密封機構(gòu)的潤滑降溫系統(tǒng)管線提供連接功能。
輔助機構(gòu)主要為本實用新型海洋石油鉆井采立管伸縮接頭提供輔助功能，主要由吊裝耳板15，輔助管線安裝支架19等零件組成，吊裝耳板15主要用做運輸途中的起吊點，而輔助管線安裝支架19，可以保證輔助管線20在海洋風、波、浪等沖擊載荷作用下不與伸縮管接頭筒18失效脫離，同時還具有加強伸縮接頭外筒18抗擊外來載荷沖擊的能力。
輔助管線20主要用于連接立管輔助管線。其兩端接頭采用可浮動的插裝連接形式，并分別帶有密封，以保證輔助管線中的高壓流體的密封可靠性能；同時，為防止輔助管線在工作中局部受力引起的伸縮變形，各輔助管線在其公母接頭插接處還設(shè)計有一定的間隙，滿足其伸縮量要求，能有效保證單個輔助管線與主管線之間可能產(chǎn)生的不同步變形變化，實現(xiàn)其可浮動的功能。
權(quán)利要求1、一種海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，具有連接井上設(shè)備和井口鉆采立管的內(nèi)筒(4)，其特征是在內(nèi)筒(4)一端通過上連接件和井上設(shè)備分流器下部連接法蘭或者上部撓性接頭下端連通；內(nèi)筒(4)另外一端通過下連接件將套在內(nèi)筒(4)上的伸縮接頭外筒(18)與鉆采立管相連；在內(nèi)筒(4)外部上連接件和伸縮接頭外筒(18)之間固定連接有相對內(nèi)筒滑行的內(nèi)外筒伸縮機構(gòu)、對內(nèi)、外筒之間實現(xiàn)密封的密封機構(gòu)以及實現(xiàn)內(nèi)、外筒之間鎖緊或解鎖的液壓鎖緊機構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，其特征是伸縮機構(gòu)采用了可以相對滑行的內(nèi)、外筒平衡系統(tǒng),主要由作為上連接件的上法蘭(1)，內(nèi)筒(4)，雙法蘭接箍II (14)，伸縮接頭外筒(18)組成，上法蘭(1)和分流器下部連接法蘭或者上部撓性接頭下端連接同時將內(nèi)筒(4)用螺栓I (2)連接固定；雙法蘭接箍II (14)通過張緊環(huán)支撐法蘭(16)與伸縮接頭外筒(18)相連，而伸縮接頭外筒(18)與鉆采立管相連;鎖緊機構(gòu)主要由鎖緊套筒(3)、鎖銷驅(qū)動機構(gòu)(5)、鎖銷(6)及上部連接筒體(7)組成，鎖緊套筒(3)和上法蘭(1)用螺栓I (2)連接固定，上部連接筒體(7)則通過上密封外筒(9)、雙法蘭接箍I (11)和伸縮接頭外筒(18)連接固定；密封機構(gòu)采用兩組密封系統(tǒng)，上密封系統(tǒng)是主密封；下密封系統(tǒng)為備用密封，且主要由上密封外筒(9)，上部密封膠筒(10)，雙法蘭接箍I (11)，下密封外筒(12)，下部密封膠筒(13)，雙法蘭接箍II (14)組成，上部密封膠筒(10)和下部密封膠筒(13)套在內(nèi)筒(4)上并且分別用上密封外筒(9)和下密封外筒(12)定位。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，其特征是還包括為張緊環(huán)和輔助管線提供終端連接的支撐機構(gòu)、輔助機構(gòu)以及輔助管線；支撐機構(gòu)為張緊環(huán)支撐法蘭(16)，輔助機構(gòu)主要由吊裝耳板(15)，輔助管線安裝支架(19)組成，雙法蘭接箍II (14)配有吊裝耳板(15)，并通過雙頭螺柱(8)與張緊環(huán)支撐法蘭(16)連接；伸縮接頭外筒(18)通過螺栓n (17)與張緊環(huán)支撐法蘭(16)連接；伸縮接頭外筒(18)配有輔助管線支架(19)、輔助管線(20)，配有各種管線(21、 22、 23、 24、 25)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，其特征是密封機構(gòu)采用兩組氣動或/和液動密封機構(gòu)，通過氣體或液壓促動管線與氣體或液體動力機構(gòu)連通；同時具有潤滑降溫系統(tǒng)，將潤滑管線(25)中的潤滑液通過上部連接筒體(7)的進液孔，傳遞到上部密封膠筒(10)與內(nèi)筒(4)之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，其特征在于張緊環(huán)支撐法蘭(16)外部圓周上的環(huán)形臺階為張緊環(huán)提供承載支撐面；同時該法蘭上設(shè)計了系列液控、氣控的進壓孔和出壓孔，為鎖緊機構(gòu)、密封機構(gòu)以及密封機構(gòu)的潤滑降溫系統(tǒng)管線提供連接功能。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，其特征在于輔助管線(20)兩端接頭采用可浮動的密封插裝連接形式；同時輔助管線在其公母接頭插接處還設(shè)計有滿足其伸縮量要求的間隙。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，其特征在于內(nèi)筒(4)上設(shè)計有系列壓力平衡孔。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭，其特征在于鎖銷驅(qū)動機構(gòu)采用和上法蘭(1)連在一起，和內(nèi)筒一起上下移動的方式；或采用和上部連接筒體的外筒連在一起并保持不動的方式；其鎖緊和解鎖方式采用液壓驅(qū)動的方式或采用手動鎖緊方式；鎖銷驅(qū)動機構(gòu)為6個或4個。
專利摘要本實用新型公開了一種海洋石油鉆采立管系統(tǒng)伸縮接頭。該伸縮接頭主要由可以相對滑行的內(nèi)、外筒伸縮機構(gòu)，限制內(nèi)、外筒相對移動的液壓鎖緊機構(gòu)，密封機構(gòu)，為張緊環(huán)和輔助管線提供終端連接的過渡支撐機構(gòu)，輔助機構(gòu)以及輔助管線等部件構(gòu)成。在鎖緊狀態(tài)，張緊環(huán)支撐法蘭將立管和防噴器組的載荷傳遞給伸縮接頭的外筒、以及鎖緊機構(gòu)的鎖銷，實現(xiàn)了支撐立管和防噴器組的功能；通過鎖緊機構(gòu)對內(nèi)外筒的解鎖，伸縮接頭內(nèi)外管之間相對滑動，密封機構(gòu)對內(nèi)外筒的動態(tài)密封，實現(xiàn)了海洋鉆采立管在工作時的位置調(diào)節(jié)功能。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，操作方便，安全可靠，完全滿足海洋鉆采立管的工作需求。
文檔編號E21B17/02GK201367863SQ20082022279
公開日2009年12月23日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者任克忍, 吳健民, 楊健武, 王進全, 陳才虎 申請人:寶雞石油機械有限責任公司